什么是同步？

同步（synchronization）常简写为Sync，指的是两个或两个以上随时间变化的量在变化过程中保持一定的相对关系，简单来说就是保证两个设备之间没有时间上的延迟。

以运动生物力学研究为例，在相关实验中我们常常会同时使用多种不同生物力学设备来进行多角度分析数据，例如Vicon动作捕捉系统，AMTI测力台系统，Noraxon表面肌电系统的同步使用。动作捕捉系统负责采集人体动作，姿态，来获得关节角度，重心等运动学参数，测力台系统获得地面反作用力，集合动捕系统的模型计算，获得关节力矩等动力学参数，再通过表面肌电系统来获得肌肉的发力状态，从多个角度去研究一个运动，从而更全面更立体的分析动作。

Vicon动捕系统、AMTI三维测力台及Noraxon表面肌电的同步使用

如果在这个过程中，出现了设备不同步的情况，就会对数据造成严重影响。假设测力台延迟了1s，就会出现人在动捕系统中已经走过去，但测力台才刚刚出现力线的情况，这样无疑会导致关节力矩等通过地面反作用力计算的参数的错误，造成严重后果。因此多设备协同使用中，同步性是十分重要且容易被忽视的一点，特别是对于动作变化时间极短，时间同步要求极高的生物力学实验中。

根据不同的方法，常用的同步方式有：软件同步，硬件同步，时钟同步。

软件同步即为通过软件及相关插件同时开始进行同步，确保发出开始指令的时间是一致的。最简单的方式为同时点击两台电脑的软件；复杂的方式需要由其中一个软件采集时发送一个数据包/指令给第二个软件，当第二个软件接收到指令时开始采集。

Vicon Nexus软件接收脚本数据包的设置界面

该方法的优点很明显，即操作上简单便捷，只需要一人同时点击两个电脑鼠标，或者运行一个脚本即可。但其缺点也非常明显，那就是这种同步方法没有考虑设备系统响应时间的问题。从我们点击鼠标到数据开始记录之间会存在延迟，这个延迟分为两部分：1、点击鼠标发送指令到硬件接收到的时间；2、硬件接收到指令到开始采集的时间。绝大多数设备的第二部分延迟都是固定的，只需要在后续数据处理阶段进行修正即可。但是第一部分的延迟会受到电脑响应处理时间，连接线缆传输效率等多方面因素的影响，很显然这部分的延迟时间很难统一固定。

硬件同步一般为通过同步线缆/信号线缆将不同设备相连.当其中一个设备开始采集时，其会通过同步线缆发出一个同步信号给需要同步的设备。当需要同步的设备接收到信号时，会自动记录下时刻点，并以此时刻点为起始点，从而达到同步的效果。

Vicon动捕系统同步接口示意图

Noraxon肌电系统同步接口示意图

AMTI三维测力系统同步接口示意图

硬件同步可继续细分为：触发同步、模拟同步以及数字同步，其在保留极佳的同步性和精确的测试数据基础上，可有效减少设备使用者的工作量，进一步提升产品使用体验。受限于篇幅，这部分内容在此不做展开。有机会我们会在以后的文章中详细向大家分享。

延迟说明

硬件同步的延迟主要来自于以下两方面：

一、设备响应延迟，即设备在接收到触发指令后多长时间才能进行响应采集；

二、信号传输延迟，即同步信号在同步线缆间的传输时间。

对于第一个延迟因素，成熟的生物力学设备响应延迟基本都是固定的，在软件内设置修正即可消除掉；对于第二个延迟因素，电流的传导速度极快（理论上这个速度一般被认为是光速），故而该延迟时间基本忽略不计。因此硬件同步的延迟较低（一般小于1ms），能够满足绝大多数实验研究的需求。

时钟同步

时钟同步即需要同步的多套设备内均含有时钟且与标准时间一致。在采集时，设备均可记录采集起始时间；在采集结束后，我们可通过对设备采样频率时间等进行换算，从而达到时间同步的目的。

Vicon动捕系统Nexus软件内时钟数据记录示意图

综上所述，在软件同步、硬件同步、时钟同步三种同步方式中，硬件同步的方式同步性最好，是最适合有高采样频率设备的生物力学实验室的同步方法，也是目前主流的同步方式。软件同步和时钟同步可以作为对硬件同步方法的补充，根据实际环境和实验要求，酌情选用！